Антропогенное воздействие

Изменение русел при антропогенном заилении и обмелении, а также при неправильных русловыправительных работах (чрезмерное сужение и спрямление) увеличивает высоту наводнений.

Изменение условий поверхностного стока происходит при осушении болот, сведении лесов, распашке, а в городах – при создании больших водонепроницаемых поверхностей (асфальтирование).

При осушении болот максимальный поверхностный сток возрастает в 1,5–2,5 раза; при сведении лесов и распашке – в 2–4 раза, а на малых водосборах – еще больше, что и способствует заилению, прежде всего, малых рек.

Увеличение площади водоупорных покрытий в городах ведет к такому же росту расхода ливневых паводков и к сокращению времени «добегания» паводковой волны, что резко увеличивает максимальные расходы воды.

Температурный режим рек умеренного и более холодных поясов меняется при создании водохранилищ. У выхода реки из водохранилища зимой постоянно поддерживается полынья, что увеличивает повторяемость зажоров, а в некоторых случаях – и высоту зажорных уровней в сравнении с естественными на нижнем бьефе (для Красноярской ГЭС – на 2,5 м и более). Бьеф - часть реки, примыкающая к плотине, верхний бьеф расположен выше по течению перед плотиной, нижний бьеф находится ниже по течению. На верхнем бьефе водохранилищ происходит увеличение зажорности и заторности, местами – повышение уровня заторного поднятия над прежним максимальным уровнем весеннего паводка.

Локальные изменения полей осадков и снеготаяния происходят в крупных городах. Они создают над собой факелы запыленного и теплого воздуха, что увеличивает повторяемость и интенсивность грозовых ливней, а в целом – рост осадков до 20 % в сравнении с окрестностями.

Лекция

Опасные явления у побережья. Ветровые воздействия

1.Типизация морских ОПП. Сильные волнения на море.

2. Цунами. Генезис. Прогноз. Поражающие факторы.

3. Ветровой нагон и волновая абразия берегов. Характеристика. Негативные следствия.

Морские ОПП:

тропические циклоны,

сильное волнение,

сильное колебание уровня моря,

сильный тягун в портах,

ранний ледяной покров и припай,

напор льдов,

непроходимый (труднопроходимый) лёд,

обледенение судов и портовых сооружений,

отрыв прибрежных льдов.

Сильные волнения на море

В олны на море образуются

- под действием ветра;

- под действием приливных сил Луны и Солнца (приливные);

- при резких изменениях атмосферного давления (барические или сейши);

- в результате землетрясения или извержения вулканов (сесмические);

- при движении судна (корабельные).

Ветровым волнением называется процесс формирования, развития и распространения вызванных ветром волн на поверхности моря. Ветровому волнению присущи две основные черты. Первая черта — нерегулярность: неупорядоченность размеров и форм волн. Одна волна не повторяет другую, за большой может следовать малая, а может и еще большая; каждая отдельная волна непрерывно меняет свою форму. Гребни волн перемещаются не только в направлении ветра, но и в других направлениях. Такая сложная структура возмущенной поверхности моря объясняется вихревым, турбулентным характером ветра, образующего волны. Вторая черта волнения заключается в быстрой изменчивости его элементов во времени и пространстве и связана также с ветром. Однако размеры волн зависят не только от скорости ветра, существенное значение имеет продолжительность его действия, площадь и конфигурация водной поверхности. С точки зрения практики нет необходимости знать элементы каждой отдельно взятой волны или каждого волнового колебания. Поэтому изучение волнения сводится в конечном итоге к выявлению статистических закономерностей, которые численно выражаются зависимостями между элементами волн и определяющими их факторами.

Ветровое волнение — один из основных гидрометеорологических факторов, определяющих безопасность и экономическую эффективность мореплавания, так как волна, набегая на судно, обрушивается на него, раскачивает, бьет в борт, заливает палубы и надстройки, уменьшает скорость хода. Качка создает опасные крены, затрудняет определение места судна и сильно изнуряет команду. Кроме потери скорости, волнение вызывает рыскание и уклонение судна с заданного курса, и для удержания его требуется постоянная перекладка руля.

Направления распространения ветровых волн и ветра на глубокой воде обычно совпадают или же различаются не более чем на четыре румба (45°). Ветровые волны характерны тем, что подветренный склон их круче, чем наветренный, поэтому верхушки гребней обычно заваливаются, образуя пену, или даже срываются сильным ветром. При выходе волн на мелководье и подходе их к берегу направления распространения волн и ветра могут различаться более чем на 45°.

Зыбь — вызванные ветром волны, распространяющиеся в области волнообразования после ослабления ветра и/или изменения его направления, или вызванные ветром волны, пришедшие из области волнообразования в другую область, где дует ветер с другой скоростью и/или другим направлением. Смешанные — волнение, образующееся в результате взаимодействия ветровых волн и зыби.

По своему внешнему виду ветровые волны характеризуются следующими формами.

Рябь — начальная форма развития ветрового волнения, возникающая под действием слабого ветра; гребни волн при ряби напоминают чешую.

Трехмерное волнение — совокупность волн, средняя длина гребня которых в несколько раз превышает среднюю длину волны.

Регулярное волнение — волнение, в котором форма и элементы всех волн одинаковы.

Толчея — беспорядочное волнение, возникающее вследствие взаимодействия волн, бегущих в разных направлениях.

Волны, разбивающиеся над рифами или камнями, носят название бурунов.

Волны, обрушивающиеся в прибрежной зоне, называются прибоем. У крутых берегов и у портовых сооружений прибой имеет форму взброса.

Волны на поверхности моря подразделяются на свободные, когда сила, вызвавшая их, прекращает действовать и волны свободно перемещаются, и вынужденные, когда действие силы, вызвавшей образование волн, не прекращается.

В зависимости от отношения длины волны к глубине моря волны подразделяются на

- короткие, длина, которых значительно меньше глубины моря,

- длинные, длина, которых больше глубины моря.

При обычных штормах длина большой морской волны бывает от 60 до 150 м, высота от 6 до 8 м с периодом в 6—10 сек. Высота волны может достигать 14-25 метров. Наибольшая длина около 250 м, крайне редко встречаются волны до 500 м.

На морях, озерах и водохранилищах максимальная высота волн разная:

- в Северном море 9 м,

- в Средиземном море 8 м,

- в Охотском 7 м,

- на озерах Байкал и Ладожском 6 м,

- в Черном море 6 м,

- в Каспийском море 10 м,

- на Братском водохранилище 5 м (в местах, где глубины 100 м),

- в Рыбинском водохранилище 2,7 м,

- в Цимлянском водохранилище 4,5 м,

- в Белом море и Финском заливе 2,5 м,

- в низовьях Волги в шторм волны достигают высоты 1,2 м.

Наиболее благоприятные условия для образования огромных ветровых волн создаются в субантарктических водах Индийского, Атлантического и Тихого океанов, где в течение всего года действуют штормовые западные ветры (так называемые "ревущие сороковые" широты). Здесь в 1956 г. была зафиксирована волна высотой 24,9 м при скорости ветра 35 м/с. У южных берегов Африки моряки неоднократно отмечали также одиночные волны высотой до 30 м ("волны-убийцы"), причины которых не вполне ясны. Согласно некоторым гипотезам, появление таких волн объясняется обрывистым склоном дна, сильными течениями, резкими усилениями ветра и крупной зыбью, идущей из районов Антарктики.

Северная Атлантика также является одной из наиболее бурных областей Мирового океана. Здесь отмечается два максимума высот волн. В первом из них, по данным судовых наблюдений, могут наблюдаться высоты волн до 16 м, а во втором - более 18 м.

В северной части Тихого океана также отмечаются две зоны значительного волнения: одна к востоку от Японии, а вторая к западу от Канады. В первой из них высота волн во время зимних штормов может достигать 18 м, а во втором - более 22,5 м.

В северной части Индийского океана и в Аравийском море волнение тесно связано с действием муссонных ветров. Поэтому наибольшие волны здесь наблюдаются в июле-августе в период действия юго-западного муссона.

Шкала волнения моря

Волнение (баллы)	Высота волн, м	Степень волнения	Признаки волнения
0	0	Совершенно спокойное море	Зеркально гладкое море
1	0,25	Спокойное море	Рябь, небольшие чешуеобразные волны без пены
2	0,25-0,5	Слабое волнение	Короткие волны, гребни, опрокидываясь, образуют стекловидную пену
3	0,50-0,75	Легкое волнение	Волны удлиненные, местами барашки
4	0,75-1,25	Умеренное волнение	Волны хорошо развиты, повсюду белые барашки
5	1,25-2	Неспокойное море	Образуются крупные волны, белые пенящиеся гребни занимают значительные площади
6	2-3	Крупное волнение	Волны громоздятся, гребни срываются, пена ложится полосами по ветру
7	3-5	Сильное волнение	Высота и длина волн заметно увеличены, полосы пены ложатся тесными рядами по направлению ветра
8	5-10	Жестокое волнение	Высокие, гороподобные волны с длинными ломающимися гребнями. Пена широкими плотными полосами ложится по ветру. Поверхность моря от пены становится белой
9	Более 10	Исключительное волнение	Высота волн настолько велика, что суда временами скрываются из виду. Море в направлении ветра покрыто пеной. Ветер, срывая гребни, несет водяную пыль, уменьшающую видимость

Огромные волны (до 25-30 м) формируются в тех районах Мирового океана, над которыми возникают грандиозные атмосферные вихри - тропические циклоны. В результате громадных перепадов давления в этих циклонах скорости ветра могут достигать 60-100 м/с.

Наиболее опасное морское гидрологическое явление природного происхождения – цунами, что в переводе с японского языка, означает «высокая волна в заливе».

Цунами – длинные морские волны, которые могут возникать в результате подводных землетрясений, а также вулканических извержений или оползней на морском дне. Кроме того, цунами возможны при обрушении берегов.

Источник цунами – место на дне океана, где произошло подводное землетрясение, оползень или извержение вулкана. Для образования волны цунами необходимо вертикальное смещение морского дна, хотя выявлено и много случаев возникновения цунами при эпицентре толчка на суше.

Цунами возникают, как правило, при подводных землетрясениях с магнитудой более 7 баллов. Энергия цунами обычно составляет 1–10 % энергии вызвавших их землетрясений. Образовавшись в каком-либо месте, цунами может пройти несколько тысяч километров, почти не уменьшаясь.

Высота волн цунами – от нескольких сантиметров до нескольких метров. Однако, достигнув мелководья, волна резко замедляется, ее фронт вздымается и обрушивается с огромной силой на сушу. Над отмелями волна тормозится до скорости порой лишь 50 км/ч, её высота увеличивается до 10–20 м, фронт разворачивается параллельно берегу. Высота крупных волн у побережья составляет 5–20 м, иногда и 40 м, вулканогенных – до 100 м. В узких заливах происходит дальнейший рост волны. Волна цунами может быть не единственной, очень часто это серия волн с интервалом в 1 ч и более. Самая высокая волна называется главной волной. Часто перед началом цунами вода отступает далеко от береговой линии. Наибольшей высотой обычно обладает не первая волна, но одна из первых десяти. Суммарная продолжительность их накатывания на берег может достигать несколько часов. Разрушительные воздействия цунами складываются из подъёмной силы воды, давления водного потока, ударов влекомого материала.

Основными характеристиками цунами являются: магнитуда; интенсивность на конкретном побережье; скорость движения волны.

За магнитуду цунами принят натуральный логарифм амплитуды колебаний уровня воды (в метрах), измеренный стандартным мореграфом у береговой линии на расстоянии от 3 до 10 км от источника цунами.

Интенсивность цунами приближенно равна натуральному логарифму от высоты (в метрах) подъема воды при цунами на конкретном участке побережья. Интенсивность цунами характеризует энергию, выделившуюся в конкретной точке, которая находится на любом расстоянии от источника. Сейсмогенные цунами в области возникновения имеют высоту в немногие дециметры, редко до 5 м. Скорость движения волны цунами определяет время добегания волны от источника до любого побережья и, в зависимости от глубины моря, может быть от 100 до 1000 км/ч.

Для характеристики опасности цунами принимается шкала интенсивности К. Ииды и А. Имамуры:

0 баллов – слабое цунами. Высота волны до 1 м. Повторяемость в мире – несколько раз в год;

1 балл – умеренное цунами. Высота волны до 2 м. Заметное затопление плоских берегов. Повреждения легких построек. Лодки и легкие суда прибиваются к берегу. Повторяемость – дважды в год;

2 балла – сильное цунами. Высота волн 2–4 м, максимальная – до 6 м. В прибрежной полосе длиной в десятки км – частичное разрушение легких и повреждение прочных зданий, повреждение набережных. Легкие суда выбрасываются на берег или уносятся в море. Побережье покрывается плавучими обломками. Значительное число жертв. Повторяемость – раз в год;

3 балла – очень сильное цунами. Средняя высота волн 4–8 м, максимальная до 10–20 м. В прибрежной полосе длиной до 400 км – полное разрушение легких и значительное повреждение прочных зданий, сильный смыв почв с полей. Повреждение всех судов, кроме самых больших. Много жертв. Повторяемость – раз в 2 года;

4 балла – разрушительное цунами. Средняя высота волн 8–16 м, максимальная – до 30 м. В прибрежной полосе длиной 500 км – сильное повреждение или разрушение всех построек, уничтожение садов. Сильное повреждение крупнейших судов. Много жертв. Повторяемость приблизительно раз в 10 лет.

В последние 50 лет в мире отмечено 70, в последние 180 лет – около 170 сейсмогенных цунами опасных размеров, из них 4 % в Средиземном море, 8 % в Атлантике, остальные – в Тихом океане.

Наиболее опасны берега Японии, Гавайских и Алеутских островов, Камчатки, Курил, Аляски, Канады, Соломоновых островов, Филиппин, Индонезии, Чили, Перу, Новой Зеландии, Эгейского, Адриатического и Ионического морей.

Разовый прямой экономический ущерб измеряется десятками миллионов долларов. В пределе же вероятен ущерб до 1 млрд. долл.